Cos’è il grafene e come viene utilizzato

Ultimo aggiornamento: 22.04.21

 

Un materiale rivoluzionario, con lo spessore di un atomo. Sempre più utilizzato per oggetti più e meno comuni a partire dalla sua scoperta (avvenuta nel 2010). 

 

L’atomo di carbonio assume forme strabilianti in base alla sua composizione. Basti pensare che è il minimo comune denominatore di grafite e diamante. Ma come fa a dare vita a due materiali così differenti? D’altronde la grafite è molto comune ed è presente in tutte le matite mentre i diamanti sono rari e hanno un costo non indifferente. La soluzione al dilemma è tutta nei legami degli atomi di carbonio che, se casuali, generano la classica grafite, mentre se ordinati producono le scintillanti pietre preziose.

Diamante e grafite però non sono gli unici materiali che il carbonio può produrre ma ne abbiamo anche un terzo, con una struttura ordinata proprio come quella del diamante ma in due dimensioni, parliamo proprio del rivoluzionario grafene.

 

Scoperta del grafene

A scoprirne l’esistenza nel 2004 sono stati due fisici dell’Università di Manchester, Andrej Gejm e Konstantin Novoselov, in modo del tutto accidentale durante i tentativi di ottenere uno strato sottile di grafite. Il grafene è valso loro addirittura nel 2010 il premio Nobel per la fisica, tale è stata la portata della scoperta. Se osservato al microscopio, lo strato bidimensionale di grafene si presenta in celle esagonali ma ha lo spessore di un atomo, pertanto si rivela molto leggero con una quantità eccezionale di applicazioni.

Il grafene è stato subito preso di mira dalle agenzie aerospaziali per le sue notevoli proprietà fisiche e chimiche, tentando l’utilizzo sulle ali degli aeroplani, per esempio, per evitare che queste giunte a quote elevate possano ghiacciarsi. Può anche favorire il raffreddamento delle componenti elettroniche dei velivoli o migliorare l’efficienza dei pannelli fotovoltaici ma non sono solo queste industrie specifiche a sfruttare il grafene con successo ma anche il mercato fatto di oggetti di consumo quotidiano. Il grafene è oggi presente infatti anche nelle scarpe, nei caschi o materiali sportivi, perfino nelle lampadine, depuratori e filtri, rendendo l’ozonizzatore uno strumento quasi superfluo.

Superbatterie

Il genio non è solo quello che scopre il materiale ma anche chi lo riesce a sfruttare al meglio. Il grafene è stato preso in considerazione quindi da compagnie come Skeleton Technologies che hanno brevettato il curved graphene, per realizzare batterie al grafene con una capacità di ricarica in tempi record: poco più di 10 secondi.

La densità, però, non è pari a quelle delle batterie sul mercato, come quelle che usano gli ioni di litio, elemento che potrebbe frenare la loro diffusione. Ciononostante potrebbero essere sfruttate in tandem con altre tipologie, per creare delle nuove soluzioni che abbiano applicazioni pratiche soddisfacenti. Per sapere il costo di queste batterie al curved graphene, però, sembra ci toccherà aspettare ancora un po’.

Parlando di batterie, attualmente possiamo trovare il grafene nel caricatore wireless proposto da alcuni brand, aggiunto all’elettrodo positivo per aumentare la conduttività, si tratta però di un utilizzo specifico e che non sfrutta il pieno potenziale del materiale ma solo la sua conducibilità elettrica chimica.

 

Vele solari e grafene

I viaggi nello spazio sono affascinanti, non solo perché permettono di esplorare il grande ignoto ma anche perché, potenzialmente, potrebbero portare la civiltà umana su altri pianeti, aumentando le chance di sopravvivenza della nostra specie. Tuttavia, spedire esseri viventi nello spazio per lunghi periodi di tempo comporta una serie di rischi non da poco, per non parlare delle limitazioni tecnologiche che non ci permettono di viaggiare su lunghe distanze. 

Spedire dunque strumenti per capire meglio il cosmo è ciò che di più vicino abbiamo all’esplorazione spaziale, ma come è possibile effettuare esperimenti di questo tipo? Una delle invenzioni più geniali è sicuramente quella delle vele solari, che sfruttano come sistema di propulsione sorgenti di luce. Il concetto fu teorizzato già nel 1984, tuttavia è divenuto una realtà nel 2010 con il lancio della sonda giapponese Ikaros, che grazie alle vele solari è riuscita a raggiungere Venere.

Il grafene si inserisce perfettamente in questo contesto, aprendo scenari interessanti. Permetterebbe dunque la creazione di vele solari estremamente grandi ma allo stesso tempo talmente leggere e resistenti da permettere il viaggio di sonde e attrezzature anche oltre il sistema solare. Una prospettiva decisamente fantascientifica ma che ha creato grande fermento nella comunità addetta ai lavori.

 

Ologrammi

Nei film sci-fi avrete sicuramente visto questa tecnologia, soprattutto in cult come Star Wars. Gli ologrammi sono delle proiezioni tridimensionali di registrazioni che non hanno ancora una vera e propria applicazione nel quotidiano, a eccezione di alcuni esperimenti provenienti dal Giappone. Il grafene potrebbe rivelarsi indispensabile anche in questo frangente: la Swinburne University è al lavoro sui nanopixel, modificando l’indice di rifrazione tramite l’ossido di grafene sembra si possano produrre delle immagini tridimensionali a colori con angolo di visione fino a 52 gradi. 

Al momento questa tecnologia è applicata solo su piccoli display, che proiettano immagini non più grandi di un centimetro, tuttavia i ricercatori che si occupano del progetto affermano con sicurezza che nel giro di pochi anni gli ologrammi così come visti nei film diverranno una vera e propria realtà alla portata di tutti.

Quanto costa il grafene?

Come abbiamo visto nel nostro articolo il grafene è un vero e proprio materiale miracoloso, definito da molti come la vera e propria pietra filosofale a lungo ricercata dagli alchimisti. Prima di entusiasmarsi troppo, però, è bene tenere conto anche dei costi. 

Il prezzo del grafene potrebbe sembrare elevato, parliamo comunque di un valore compreso tra 60.000 e 200.000 dollari per tonnellata, tuttavia dobbiamo ricordare che la sua leggerezza e le sue dimensioni sono tali da garantire costi più contenuti rispetto all’utilizzo di altri materiali. Inoltre, secondo alcuni studi, utilizzare una piccola percentuale di grafene nel calcestruzzo si avrebbe una riduzione dell’impatto ambientale di almeno un terzo.

 

 

 

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